[發明專利]一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統

有效

• 申請號: 202110182276.6
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112618013B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 吳淑蓮;李志芳;鐘兆偉;胡志偉;吳偉杰;李暉
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: A61B18/22
• 分類號: A61B18/22;A61B90/00;A61D7/00;A61D1/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，可對待處理組織進行范圍可控的精確激光輻照，其特征在于：所述光熱治療系統包括控制反饋模塊（4）和與之相連的光熱治療模塊（1）、可進行紅外成像的溫度監測模塊（2）；所述光熱治療模塊以激光輻照待處理組織使之升溫；控制反饋模塊經溫度監測模塊獲取待處理組織的紅外熱成像，以評估當前激光輻照形成的升溫范圍是否在待處理組織的預設的閾值溫度范圍內，以及接受激光輻照的組織可承受的溫度是否符合預設值；

所述溫度監測模塊包括紅外熱像儀（201）；所述光熱治療模塊包括在其激光光路上順序設置的第一激光器（101）、第一準直器（102）和光纖治療頭；第一激光器的激光經第一準直器、光纖治療頭后對待處理組織進行輻照；

為防止激光對組織輻照時的光反射、熱聚焦及熱擴散效應造成的輻射率偏差影響紅外熱像儀測溫精度，所述紅外熱像儀通過修正定標作業來校正其光熱治療系統測溫時的輻射率偏差，

所述修正定標作業的方法包括以下步驟；

步驟S1、用預設功率的激光輻照水面十分鐘后，再分別用熱電偶、溫度計、紅外熱像儀對水面的被照射區域測溫以獲取水溫變化數據；

步驟S2、用預設功率的激光輻照與待處理組織類似的離體組織十分鐘后，再分別用熱電偶、紅外熱像儀對該離體組織的被照射區域進行測溫，以獲取組織溫度變化數據；

步驟S3、以水溫變化數據、組織溫度變化數據對紅外熱像儀進行修正定標。

2.根據權利要求1所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述光熱治療系統還包括可進行三維成像的OCT圖像監測模塊（3）；所述控制反饋模塊經OCT圖像監測模塊獲取待處理組織的圖像。

3.根據權利要求2所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述控制反饋模塊通過OCT圖像監測模塊對受熱時的待處理組織進行成像并重構三維圖像，以獲取輻照過程中待處理組織表面及內部在被輻照時的狀態變化信息，并監測輻照時的待處理組織是否受到光熱損傷。

4.根據權利要求1所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述光纖治療頭在對待處理組織輻照時，與組織的距離為2cm；所述紅外熱像儀以光學支架固定，其探測方向與光熱治療模塊照射部位所成斜角角度為45度。

5.根據權利要求3所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述OCT圖像監測模塊的光源為第二激光器（301），其所發激光經隔離器（302）、光纖耦合器（303）后出射至參考臂光路及樣品臂光路；進入參考臂光路的激光經參考臂光路內的第二準直器（304）射至平面鏡（305）后，被平面鏡反射回光纖耦合器處形成第一返回光；進入樣品臂光路的激光經樣品臂光路的第三準直器（306）、反射鏡（307）、透鏡（308）、掃描振鏡（309）后照射于光熱治療模塊進行激光輻照的待處理組織處，其反射光在光纖耦合器處形成第二返回光；所述第一返回光、第二返回光在光纖耦合器處形成的相干光輸出至光譜儀（310）；所述控制反饋模塊通過數據采集卡（311）接收光譜儀數據。

6.根據權利要求5所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述光纖耦合器為具有50:50分光比的2×2耦合器；所述光熱治療系統還包括用于放置待處理組織的數控樣品臺（5）；所述數控樣品臺為三軸電動的精密電控平移臺，可對放置的待處理組織進行位置和姿態上的三維調節。

7.根據權利要求6所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述控制反饋模塊通過數據采集卡獲取OCT圖像監測模塊的光學數據，通過數據采集卡獲取紅外熱像儀的溫度探測數據；所述控制反饋模塊根據光學數據、溫度探測數據控制第一激光器的能量輸出，以及掃描振鏡和數控樣品臺的工作狀態，從而保持待處理組織受激光輻照所導致的溫度變化在所設定的閾值范圍內。

8.根據權利要求7所述的一種基于溫度和圖像雙模監測與反饋的光熱治療系統，其特征在于：所述控制反饋模塊包括數控工作站，利用計算機資源處理溫度數據以及通過調節激光功率來保持被輻照組織溫度在閾值范圍內，通過Amira三維重構算法處理數據采集卡的光學數據來重構被激光輻照組織的三維圖像并分割光熱治療的損傷范圍，通過RS-232接口實現系統數據的傳輸以及對光熱治療系統內各儀器控制的功能，并使用虛擬儀器技術LabVIEW編寫系統的控制功能，所述控制功能包括激光基本控制功能的實現、溫度的實時讀取、激光功率的實時調節和數據的可視化顯示、通過PID控制器來實現反饋控制的功能。